IPv6/Adresse/Eigenschaften

topic - Kurzbeschreibung

Was ist IPv6?

IPv6 ist ein neues Schicht 3 Vermittlungsprotokoll und es wird IPv4 (auch als IP bekannt) ablösen.

• IPv4 wurde vor langer Zeit entworfen (RFC 760 / Internet Protocol vom Januar 1980).
• Seitdem wurden viele Adressen vergeben und Erweiterungen angeregt.
• Die aktuelle RFC ist RFC 2460 / Internet Protocol Version 6 Specification.
• Hauptänderungen in IPv6 sind das neue Design des Headers sowie die Erweiterung der Adresslänge von 32 bits auf 128 bits.
• Die Schicht 3 ist für den Transport der Pakete von Endpunkt-zu-Endpunkt mittels adressbasierten Paket-Routings zuständig, und wie bei IPv4 müssen bei IPv6 die Adressen (Quell- und Zieladresse) inkludiert sein.

Für weitere Informationen zur IPv6 Geschichte siehe die älteren RFCs z. B. SWITCH IPv6 Pilot / References.

$ ip -6 a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 state UNKNOWN qlen 1000
inet6 ::1/128 scope host noprefixroute
valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp5s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 state UP qlen 1000
inet6 2001:470:6d:b25:8ad:9fd5:a987:ae27/64 scope global dynamic noprefixroute
valid_lft 86281sec preferred_lft 14281sec
inet6 fe80::2aa1:d9b5:c8a6:bcbb/64 scope link noprefixroute
valid_lft forever preferred_lft forever

Adressaufbau von IPv6

Eigenschaft	Beschreibung
Länge	128 Bit Präfix: Ersten 64 Bit Suffix: Letzten 64 Bit (Interface-Identifier) 128 Bit sind in dezimaler Darstellung schlecht lesbar Bevorzugt wird eine hexadezimale Darstellung
IPv6-Adressen sind wie in IPv4 Netzwerk-Interfaces zugewiesen	Ein Interface hat in der Regel mehrere IPv6-Adressen
Scope	IPv6-Adressen haben beschränkten Gültigkeitsbereich Link-Local scope IP-Pakete werden nicht über Grenzen des Link geroutet Site-Local scope IP-Pakete werden nicht über Grenzen der Einrichtung geroutet Global scope IP-Pakete werden weltweit geroutet
lifetime	IPv6-Adressen haben begrenzte Lebensdauer valid lifetime preferred lifetime
Unicast, Multicast und Anycast	Spezifikation verschiedener Unicast, Multicast und Anycast Adressen in IPv6 existiert keine Broadcast Adresse — wird durch Multicast nachgebildet
Mehreren IP-Adressen	Netzwerkschnittstellen können unter mehreren IP-Adressen erreichbar sein link-lokalen Adresse global eindeutigen Adressen
Interface-Identifier	Ein Interface-Identifier kann damit Teil mehrerer IPv6-Adressen sein welche mit verschiedenen Präfixen auf dieselbe Netzwerkkarte gebunden sind Insbesondere gilt dies auch für Präfixe möglicherweise verschiedener Provider vereinfacht Multihoming

Wie sehen IPv6 Adressen aus?

Wie gesagt, IPv6 Adressen sind 128 bit lang.

• Diese bit-Anzahl kann sehr hohe dezimale Zahlen mit bis zu 39 Ziffern ergeben:

Solche Zahlen sind nicht wirklich Adressen, die auswendig gelernt werden können.

• Die IPv6 Adressdarstellung ist bitweise orientiert (wie bei IPv4, aber das wird nicht oft bedacht).
• Eine bessere Schreibweise ist deshalb die hexadezimale Darstellung.
• Dabei werden 4 bits (auch ”nibble” genannt) durch die Zeichen 0-9 und a-f (10-15) dargestellt, wodurch die Länge auf 32 Zeichen reduziert wird.

Diese Darstellung ist ebenfalls nicht sehr angenehm (mögliche Verwechslung oder Verlust einzelner hexadezimaler Ziffern), so dass die IPv6 Designer das hexadezimales Format mit einem Doppelpunkt als Trennzeichen nach jedem 16 bit Block erweiterten.

• Ferner wird das führende ”0x” (ein in Programmiersprachen verwendetes Identifizierungsmerkmal für hexadezimale Werte) entfernt:

Eine gültige Adresse (s.. u. * Adress-Typen) ist z.B.:

Der Vereinfachung halber können führende Nullen jedes 16 bit-Blocks weggelassen werden:

Eine Sequenz von 16 bit-Blöcken, die nur Nullen enthaltet, kann durch ein “::“ ersetzt werden.

• Diese Komprimierung kann aber nicht öfters als einmal durchgeführt werden

Die höchstmögliche Reduktion sieht man bei der IPv6 Localhost Adresse:

Es gibt auch eine so genannte kompakte Darstellung (base 85 codiert) RFC 1924 / A Compact Representation of IPv6 Addresses (publiziert am 1.

• April 1996).
• Diese Notation wurde allerdings nie in der Praxis gesehen und ist wahrscheinlich ein Aprilscherz.
• Ein Beispiel:

Info: ipv6calc ist ein IPv6 Adressen-Format-Umrechner und Konvertierungsprogramm und ist hier zu finden: ipv6calc homepage (Mirror)

Wahl der Adress-Länge

IPv6 Adressen: Warum ist die Anzahl der Bits so groß?

Bei der Entwicklung von IPv4 dachte man, dass 32 Bits für die Welt ausreichend wären.

• Blickt man zurück, so waren bis heute 32 bits ausreichend.
• Vielleicht ist dies auch noch für ein paar Jahre so.
• Jedoch werden 32 bits nicht ausreichen, um in der Zukunft jedes Netzwerkgerät mit einer globalen Adresse ausstatten zu können.
• Denken Sie an Mobiltelefone, Autos (mit elektronischen Geräten an einem CAN Bus), Toaster, Kühlschränken, Lichtschalter usw.

Die IPv6 Designer haben 128 Bit gewählt, 4-mal mehr als im heutigen IPv4.

Aber die benutzbare Größe ist kleiner als es erscheinen mag, da in dem gegenwärtig definierten Adress-Schema 64 Bits für die Schnittstellen-Identifizierung verwendet werden.

• Die zweiten 64 Bit werden für das Routing verwendet.
• Die derzeitigen Aggregation-Levels (= Größe der zugeteilten IP-Blöcke) vorausgesetzt (/48, /32,...), ist eine Verknappung der Adressen weiterhin denkbar.
• Aber mit Sicherheit nicht in naher Zukunft.

Weitere Informationen finden Sie unter RFC 1715 / The H Ratio for Address Assignment Efficiency und RFC 3194 / The Host-Density Ratio for Address Assignment Efficiency.

IPv6 Adressen: Warum ist die Bit-Anzahl bei einem neuen Design so klein?

Es gibt (wahrscheinlich) eine Gruppe (bekannt ist nur Jim Fleming...) von Personen am Internet, die über IPv8 und IPv16 nachdenken.

• Für diese Designs gibt es aber keine hohe Akzeptanz und auch keine Kernel-Implementierungen. 128 bits sind die beste Wahl bezogen auf Header-Overhead und dem Datentransport.
• Denken Sie an die minimalste Maximum Transfer Unit (MTU) in IPv4 (575 octets) und in IPv6 (1280 octets), die Header-Länge in IPv4 (20 octets Minimum, kann bis zu 60 octets mit IPv4 Optionen ansteigen) und in IPv6 sind es 40 octets (fixer Wert).
• Dies ist 3.4 % der minimalen MTU in IPv4 und 3.1 % der minimalen MTU in IPv6.
• Dies bedeutet, dass der Overhead beim Header fast identisch ist.
• Mehr bits für die Adressierung würden größere Header und deshalb mehr Overhead erfordern.
• Bedenken Sie auch die maximale MTU von 1500 octets (in speziellen Fällen bei Jumbo-Paketen bis zu 9k octets) bei normalen Verbindungen (z. B. Ethernet).
• Letztlich wäre es kein korrektes Design, wenn 10 % oder 20 % der transportierten Daten in einem Schicht 3-Paket für Adressen und nicht für die ”Nutzlast” benötigt würden.

Adressnotation

Binäre Darstellung

0010 0000 0000 0001 0000 1101 1011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

Hexadezimale Darstellung

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

Notation von IPv6-Adressen

RFC 4291

Hexadezimale Notation

Acht Blöcke je 4 Nibble

• Mit Doppelpunkten getrennt

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

Führende Nullen dürfen ausgelassen werden

2001:0db8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344

ist gleichbedeutend mit

2001:db8:0:8d3:0:8a2e:70:7344

Aufeinander folgende 0-Blöcke werden durch

: ersetzt

• 2001:0db8:0:0:0:0:1428:57ab

ist gleichbedeutend mit

2001:db8::1428:57ab

Adressnotation

Einbettung eines IPv4-Adressraums in den IPv6-Adressraum

Die letzten vier Byte können dezimal notiert werden

::ffff:127.0.0.1

ist eine alternative Schreibweise für

::ffff:7f00:1

Reduktion durch Regel 3 darf nur einmal durchgeführt werden

• Es darf höchstens eine zusammenhängende Gruppe aus Null-Blöcken in der Adresse ersetzt

werden.
2001:0db8:0:0:8d3:0:0:0

darf gekürzt werden zu

2001:db8:0:0:8d3::
oder
2001:db8::8d3:0:0:0

Wegen Mehrdeutigkeit Unzulässig

2001:db8::8d3::

2001:db8:0:0:0:8d3:0:0

• interpretiert werden könnte
• Es empfiehlt sich den Block mit den meisten Null-Blöcken zu kürzen.

Notation für und zwischen Menschen

Zulässige Schreibweisen nach RFC 4291

2001:db8:0:0:1:0:0:1
2001:0db8:0000:0000:1:00:0:1
2001:db8::1:0:0:1
2001:db8::0:1:0:0:1
2001:0db8::0:1:0:0:1
2001:db8:0:0:1::1
2001:db8:0000:0:1::1
2001:DB8:0:0:1::1
2001:DB8:0:0:1::1

RFC 5952

Verbindliche Regeln zur Notation

Notation und Darstellung für und zwischen Menschen

Führende Nullen müssen weggelassen werden	2001:0db8:00::001 → 2001:db8::001 2001:0db8:00::001 → 2001:db8::1
Zwei Doppelpunkte müssen die größtmögliche Anzahl von Null-Blöcken kürzen	2001:db8:0:0:0:0:0:1 → 2001:db8::0:1 2001:db8:0:0:0:0:0:1 → 2001:db8::1
Zwei Doppelpunkte dürfen nicht zur Kürzung eines alleinstehenden Null-Blocks benutzt werden	2001:db8:0:1:1:1:1:1 → 2001:db8::1:1:1:1:1 2001:db8:0:1:1:1:1:1 → 2001:db8:0:1:1:1:1:1
Bei gleichwertigen Möglichkeiten zur Kürzung ist die erste von links zu wählen	2001:db8:0:0:1:0:0:1 → 2001:db8:0:0:1::1 2001:db8:0:0:1:0:0:1 → 2001:db8::1:0:0:1
Alphabetische Zeichen werden klein geschrieben	2001:DB8::1 2001:db8::1
Bei der Angabe von Port-Nummern wird die Adresse in eckige Klammern geschrieben	2001:db8::1:80 [2001:db8::1]:80

URL-Notation

In einer URL wird die IPv6-Adresse in eckige Klammern eingeschlossen

http://[2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344]/

Verhindert die Interpretation von Portnummern als Teil der IPv6-Adresse

http://[2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344]:8080/

Netznotation

IPv6-Netzwerke werden in der CIDR-Notation aufgeschrieben

• Dazu werden die erste Adresse (bzw. die Netzadresse) und die Länge des Präfixes in Bit getrennt durch einen Schrägstrich notiert.

Zum Beispiel steht

2001:0db8:1234::/48

für das Netzwerk mit den Adressen

2001:0db8:1234:0000:0000:0000:0000:0000
bis
2001:0db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff

Größe eines IPv6-Netzwerkes

• (oder Subnetzwerkes) im Sinne der Anzahl der vergebbaren Adressen in diesem Netz muss eine Zweierpotenz sein

Ein einzelner Host

• Da ein einzelner Host auch als Netzwerk mit einem 128 Bit langen Präfix betrachtet werden kann, werden Host-Adressen manchmal mit einem angehängten „/128“ geschrieben.

IPv6-Adressnotation

Zusammenfassung

Anhang

Siehe auch

• IPv6/Adresse/Eigenschaften